中考数学解题大招复习讲义(全国通用)模型17阿氏圆最值问题(原卷版+解析)
展开背景故事:“阿氏圆”又称为“阿波罗尼斯圆”,如下图,已知A、B两点,点P满足PA:PB=k(k≠1),则满足条件的所有的点P的轨迹构成的图形为圆.这个轨迹最早由古希腊数学家阿波罗尼斯发现,故称“阿氏圆”.
模型建立:当点P在一个以O为圆心,r为半径的圆上运动时,如图所示:
易证:△BOP∽△POA,,∴对于圆上任意一点P都有.
对于任意一个圆,任意一个k的值,我们可以在任意一条直径所在直线上,在同侧适当的位置选取A、B点,则需
R【技巧总结】计算的最小值时,利用两边成比例且夹角相等构造母子型相似三角形
问题:在圆上找一点P使得的值最小,解决步骤具体如下:
①如图,将系数不为1的线段两端点与圆心相连即OP,OB
②计算出这两条线段的长度比
③在OB上取一点C,使得,即构造△POM∽△BOP,则,
④则,当A、P、C三点共线时可得最小值
例题精讲
【例1】.如图,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,CB=4,CA=6,⊙C半径为2,P为圆上一动点,连接AP,BP,则AP+BP的最小值为________.
变式训练
【变式1-1】.如图,正方形ABCD的边长为4,⊙B的半径为2,P为⊙B上的动点,则PD+PC的最小值等于 .
【变式1-2】.如图,在△ABC中,∠A=90°,AB=AC=4,点E、F分别是边AB、AC的中点,点P是以A为圆心、以AE为半径的圆弧上的动点,则的最小值为 .
【变式1-3】.如图,在直角坐标系中,以原点O为圆心作半径为4的圆交x轴正半轴于点A,点M的坐标为(6,3),点N的坐标为(8,0),点P在圆上运动.则PM+PN的最小值是 .
【例2】.如图,在⊙O中,点A、点B在⊙O上,∠AOB=90°,OA=6,点C在OA上,且OC=2AC,点D是OB的中点,点M是劣弧AB上的动点,则CM+2DM的最小值为 .
变式训练
【变式2-1】.⊙O半径为2,AB,DE为两条直线.作DC⊥AB于C,且C为AO中点,P为圆上一个动点.求2PC+PE的最小值.
【变式2-2】.如图,在扇形OCD中,∠COD=90°,OC=3,点A在OD上,AD=1,点B为OC的中点,点E是弧CD上的动点,则AE+2EB的最小值是 .
【变式2-3】.如图,等边△ABC的边长6,内切圆记为⊙O,P是⊙O上一动点,则2PB+PC的最小值为 .
1.如图,边长为4的正方形,内切圆记为圆O,P为圆O上一动点,则PA+PB的最小值为 .
2.如图,扇形AOB中,∠AOB=90°,OA=6,C是OA的中点,D是OB上一点,OD=5,P是上一动点,则PC+PD的最小值为 .
3.如图,半圆的半径为1,AB为直径,AC、BD为切线,AC=1,BD=2,P为弧AB上一动点,则PC+PD的最小值为 .
4.在Rt△AOB中,∠AOB=90°,OA=8,OB=10,以O为圆心,4为半径作圆O,交两边于点C,D,P为劣弧CD上一动点,则PA+PB最小值为 .
5.如图,在边长为6的正方形ABCD中,M为AB上一点,且BM=2,N为边BC上一动点,连接MN,点B关于MN对称,对应点为P,连接PA,PC,则PA+2PC的最小值为 .
6.如图,矩形ABCD中,AB=2,AD=4,M点是BC的中点,A为圆心,AB为半径的圆交AD于点E.点P在上运动,则PM+DP的最小值为 .
7.如图,在△ABC中,∠A=90°,AB=3,AC=4,D为AC的中点,以A为圆心,AD为半径作OA交AB于点E,P为劣弧DE上一动点,连接PB、PC,则PC+PB的最小值为 .
8.如图,在平面直角坐标系中,A(2,0)、B(0,2)、C(4,0)、D(3,2),P是△AOB外部的第一象限内一动点,且∠BPA=135°,则2PD+PC的最小值是 .
9.如图,在Rt△AOB中,∠AOB=90°,OA=3,OB=2,⊙O的半径为1,M为⊙O上一动点,求AM+BM的最小值.
10.问题提出:如图1,在等边△ABC中,AB=12,⊙C半径为6,P为圆上一动点,连接AP,BP,求AP+BP的最小值.
(1)尝试解决:为了解决这个问题,下面给出一种解题思路:如图2,连接CP,在CB上取点D,使CD=3,则有==,又∵∠PCD=∠BCP,∴△PCD∽△BCP,
∴=,∴PD=BP,∴AP+BP=AP+PD.
请你完成余下的思考,并直接写出答案:AP+BP的最小值为 .
(2)自主探索:如图3,矩形ABCD中,BC=7,AB=9,P为矩形内部一点,且PB=3,AP+PC的最小值为 .
(3)拓展延伸:如图4,扇形COD中,O为圆心,∠COD=120°,OC=4,OA=2,OB=3,点P是上一点,求2PA+PB的最小值,画出示意图并写出求解过程.
11.(1)如图1,已知正方形ABCD的边长为6,圆B的半径为3,点P是圆B上的一个动点,则PD+PC的最小值为 ,PD﹣PC的最大值为 .
(2)如图2,已知菱形ABCD的边长为4,∠B=60°,圆B的半径为2,点P是圆B上的一个动点,求PD+PC的最小值,以及PD﹣PC的最大值.
12.阅读以下材料,并按要求完成相应的任务.
已知平面上两点A、B,则所有符合=k(k>0且k≠1)的点P会组成一个圆.这个结论最先由古希腊数学家阿波罗尼斯发现,称阿氏圆.
阿氏圆基本解法:构造三角形相似.
【问题】如图1,在平面直角坐标系中,在x轴,y轴上分别有点C(m,0),D(0,n),点P是平面内一动点,且OP=r,设=k,求PC+kPD的最小值.
阿氏圆的关键解题步骤:
第一步:如图1,在OD上取点M,使得OM:OP=OP:OD=k;
第二步:证明kPD=PM;第三步:连接CM,此时CM即为所求的最小值.
下面是该题的解答过程(部分):
解:在OD上取点M,使得OM:OP=OP:OD=k,
又∵∠POD=∠MOP,∴△POM∽△DOP.
任务:
(1)将以上解答过程补充完整.
(2)如图2,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=4,BC=3,D为△ABC内一动点,满足CD=2,利用(1)中的结论,请直接写出AD+BD的最小值.
13.(1)如图1,已知正方形ABCD的边长为4,圆B的半径为2,点P是圆B上的一个动点,求PD+的最小值和PD﹣的最大值;
(2)如图2,已知正方形ABCD的边长为9,圆B的半径为6,点P是圆B上的一个动点,那么PD+的最小值为 ,PD﹣的最大值为 .
(3)如图3,已知菱形ABCD的边长为4,∠B=60°,圆B的半径为2,点P是圆B上的一个动点,那么PD+的最小值为 ,PD﹣的最大值为 .
14.如图,抛物线y=﹣x2+bx+c与直线AB交于A(﹣4,﹣4),B(0,4)两点,直线AC:y=﹣x﹣6交y轴于点C.点E是直线AB上的动点,过点E作EF⊥x轴交AC于点F,交抛物线于点G.
(1)求抛物线y=﹣x2+bx+c的表达式;
(2)连接GB,EO,当四边形GEOB是平行四边形时,求点G的坐标;
(3)①在y轴上存在一点H,连接EH,HF,当点E运动到什么位置时,以A,E,F,H为顶点的四边形是矩形?求出此时点E,H的坐标;
②在①的前提下,以点E为圆心,EH长为半径作圆,点M为⊙E上一动点,求AM+CM它的最小值.
15.如图,已知二次函数y=ax2+bx+c的图象经过点C(2,﹣3),且与x轴交于原点及点B(8,0).
(1)求二次函数的表达式;
(2)求顶点A的坐标及直线AB的表达式;
(3)判断△ABO的形状,试说明理由;
(4)若点P为⊙O上的动点,且⊙O的半径为2,一动点E从点A出发,以每秒2个单位长度的速度沿线段AP匀速运动到点P,再以每秒1个单位长度的速度沿线段PB匀速运动到点B后停止运动,求点E的运动时间t的最小值.
模型介绍
背景故事:“阿氏圆”又称为“阿波罗尼斯圆”,如下图,已知A、B两点,点P满足PA:PB=k(k≠1),则满足条件的所有的点P的轨迹构成的图形为圆.这个轨迹最早由古希腊数学家阿波罗尼斯发现,故称“阿氏圆”.
模型建立:当点P在一个以O为圆心,r为半径的圆上运动时,如图所示:
易证:△BOP∽△POA,,∴对于圆上任意一点P都有.
对于任意一个圆,任意一个k的值,我们可以在任意一条直径所在直线上,在同侧适当的位置选取A、B点,则需
R【技巧总结】计算的最小值时,利用两边成比例且夹角相等构造母子型相似三角形
问题:在圆上找一点P使得的值最小,解决步骤具体如下:
①如图,将系数不为1的线段两端点与圆心相连即OP,OB
②计算出这两条线段的长度比
③在OB上取一点C,使得,即构造△POM∽△BOP,则,
④则,当A、P、C三点共线时可得最小值
例题精讲
【例1】.如图,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,CB=4,CA=6,⊙C半径为2,P为圆上一动点,连接AP,BP,则AP+BP的最小值为________.
解:如图1,连接CP,在CB上取点D,使CD=1,则有==,
又∵∠PCD=∠BCP,
∴△PCD∽△BCP,
∴=,
∴PD=BP,
∴AP+BP=AP+PD.
要使AP+BP最小,只要AP+PD最小,当点A,P,D在同一条直线时,AP+PD最小,
即:AP+BP最小值为AD,
在Rt△ACD中,CD=1,AC=6,
∴AD==,
AP+BP的最小值为
变式训练
【变式1-1】.如图,正方形ABCD的边长为4,⊙B的半径为2,P为⊙B上的动点,则PD+PC的最小值等于 5 .
解:如图,在BC上截取BE=1,连接BP,PE,
∵正方形ABCD的边长为4,⊙B的半径为2,
∴BC=4=CD,BP=2,EC=3
∵,且∠PBE=∠PBE
∴△PBE∽△CBP
∴
∴PE=PC
∴PD+PC=PD+PE
∴当点D,点P,点E三点共线时,PD+PE有最小值,即PD+PC有最小值,
∴PD+PC最小值为DE==5 故答案为:5
【变式1-2】.如图,在△ABC中,∠A=90°,AB=AC=4,点E、F分别是边AB、AC的中点,点P是以A为圆心、以AE为半径的圆弧上的动点,则的最小值为 .
解:如图,在AB上截取AQ=1,连接AP,PQ,CQ,
∵点E、F分别是边AB、AC的中点,点P是以A为圆心、以AE为半径的圆弧上的动点,
∴,
∵AP=2,AQ=1,
∴,
∵∠PAQ=∠BAP,
∴△APQ∽△ABP,
∴PQ=PB,
∴PB+PC=PC+PQ≥CQ,
在Rt△ACQ中,AC=4,AQ=1,
∴QC===.,
∴PB+PC的最小值.,
故答案为:.
【变式1-3】.如图,在直角坐标系中,以原点O为圆心作半径为4的圆交x轴正半轴于点A,点M的坐标为(6,3),点N的坐标为(8,0),点P在圆上运动.则PM+PN的最小值是 5 .
解:如图,作MB⊥ON于B,
则BM=3,OB=6,
取OA的中点I,连接OP,PI,IM,
∴OI=2,OP=4,
∴==,
==,
∴,
又∠POI是公共角,
∴△POI∽△NOP,
∴,
∴PI=PN,
∴PM+PN=PM+PI≥IM,
∴当M、P(图中Q点)、I在一条直线上时,
PM+PI最小=MI===5,
故答案是5.
【例2】.如图,在⊙O中,点A、点B在⊙O上,∠AOB=90°,OA=6,点C在OA上,且OC=2AC,点D是OB的中点,点M是劣弧AB上的动点,则CM+2DM的最小值为 .
解:延长OB到T,使得BT=OB,连接MT,CT.
∵OM=6,OD=DB=3,OT=12,
∴OM2=OD•OT,
∴=,
∵∠MOD=∠TOM,
∴△MOD∽△TOM,
∴==,
∴MT=2DM,
∵CM+2DM=CM+MT≥CT,
又∵在Rt△OCT中,∠COT=90°,OC=4,OT=12,
∴CT===4,
∴CM+2DM≥4,
∴CM+2DM的最小值为4, ∴答案为4.
变式训练
【变式2-1】.⊙O半径为2,AB,DE为两条直线.作DC⊥AB于C,且C为AO中点,P为圆上一个动点.求2PC+PE的最小值.
解:延长OA到K,使AK=AO=2.
∵C是AO的中点,
∴OC=OA=1,
∴=.
又∵∠COP=∠POK,
∴△COP∽△POK,
∴,即PK=2PC.
∴2PC+PE=PE+PK≥EK.
作EH⊥BC于点H.
∵在直角△COD中,cs∠DOC=,
∴∠DOC=60°,
∴∠EOH=∠DOC=60°,
∴HE=OE•sin60°=2×,
∴EK=.
即最小值是2. 故答案是:2.
【变式2-2】.如图,在扇形OCD中,∠COD=90°,OC=3,点A在OD上,AD=1,点B为OC的中点,点E是弧CD上的动点,则AE+2EB的最小值是 2 .
解:如图,延长OC至F,使得CF=OC=3.连接EF,OE,
∵
∠EOB为公共角
∴△OBE∽△OEF
∴
∴2BE=EF
∴AE+2BE=AE+EF
即A、E、F三点共线时取得最小值
即由勾股定理得
AF== 故答案为
【变式2-3】.如图,等边△ABC的边长6,内切圆记为⊙O,P是⊙O上一动点,则2PB+PC的最小值为 3 .
解:如图,连接OC交⊙O于点D,取OD的中点F,作OE⊥BC于E,FG⊥BC于G,
∴==,
∵∠FOP=∠POC,
∴△OPF∽△OCP,
∴CP=2PF,
∴2PB+PC=2(PC+PB)=2(PB+PF),
∵PB+PF≥BF,
∴PB+PF的最小值为BF,
∵BC=6,∠OCE=30°,
∴CE=3,OE=,OC=2,
∴CF=,
∴GF=,CG=,
∴BG=BC﹣CG=,
由勾股定理得,BF=,
∴2PB+PC的最小值为2BF=3.
故答案为:3.
1.如图,边长为4的正方形,内切圆记为圆O,P为圆O上一动点,则PA+PB的最小值为 2 .
解:设⊙O半径为r,
OP=r=BC=2,OB=r=2,
取OB的中点I,连接PI,
∴OI=IB=,
∵,
,
∴,
∠O是公共角,
∴△BOP∽△POI,
∴,
∴PI=PB,
∴AP+PB=AP+PI,
∴当A、P、I在一条直线上时,AP+PB最小,
作IE⊥AB于E,
∵∠ABO=45°,
∴IE=BE=BI=1,
∴AE=AB﹣BE=3,
∴AI==,
∴AP+PB最小值=AI=,
∵PA+PB=(PA+PB),
∴PA+PB的最小值是AI==2.
故答案是2.
2.如图,扇形AOB中,∠AOB=90°,OA=6,C是OA的中点,D是OB上一点,OD=5,P是上一动点,则PC+PD的最小值为 .
解:如图,延长OA使AE=OB,连接EC,EP,OP,
∵AO=OB=6,C分别是OA的中点,
∴OE=12,OP=6,OC=AC=3,
∴==,且∠COP=∠EOP
∴△OPE∽△OCP
∴==,
∴EP=2PC,
∴PC+PD=(2PC+PD)=(PD+PE),
∴当点E,点P,点D三点共线时,PC+PD的值最小,
∵DE===13,
∴PD+PE≥DE=13,
∴PD+PE的最小值为13,
∴PC+PD的值最小值为.
故答案为:.
3.如图,半圆的半径为1,AB为直径,AC、BD为切线,AC=1,BD=2,P为弧AB上一动点,则PC+PD的最小值为 .
解:∵AC是⊙O的切线,
∴∠OAC=90°,
∴OC==,
取OC的中点I,连接PI,DI,
∵,
,
∴,
又∠O是公共角,
∴△POI∽△COP,
∴==,
∴PI=PC,
∴PC+PD=PI+PD,
∴当D、P、I在一条直线上时,PC+PD最小=DI,
作IF⊥AB于F,IE⊥BD于E,
∵BE=IF=AC=,
∴DE=BD﹣BE=,
IE=BF=OB+OF=,
∴DI==,
∴PC+PD最小=DI=. 故答案是:.
4.在Rt△AOB中,∠AOB=90°,OA=8,OB=10,以O为圆心,4为半径作圆O,交两边于点C,D,P为劣弧CD上一动点,则PA+PB最小值为 2 .
解:如图,
连接OP,取OC的中点E,
∵,∠POE=∠AOP,
∴△POE∽△AOP,
∴=,
∴PA+PB=PE+PB,
∵PE+PB≥BE,
∴当B、P、E共线时,PE+PB最小,
∵OE=OC=2,OB=10,
∴BE===2,
∴PA+PB的最小值是2.
5.如图,在边长为6的正方形ABCD中,M为AB上一点,且BM=2,N为边BC上一动点,连接MN,点B关于MN对称,对应点为P,连接PA,PC,则PA+2PC的最小值为 6 .
解:∵B、P关于MN对称,BM=2,
∴PM=2,
如图所示,则点P在以M为圆心,BM为半径的圆上,
在线段MA上取一个点E,使得ME=1,
又∵MA=6﹣2=4,MP=2,
∴,
,
∴,
又∵∠EMP=∠PMA,
∴△EMP∽△PMA,
∴,
∴,
∴PA+2PC=2()=2(PC+PE)≥2CE,
如图所示,当且仅当P、C、E三点共线时取得最小值2CE,
∵CE=,
∴PA+2PC的最小值为6.
6.如图,矩形ABCD中,AB=2,AD=4,M点是BC的中点,A为圆心,AB为半径的圆交AD于点E.点P在上运动,则PM+DP的最小值为 .
解:取AE的中点K,连接PK,KM,作KH⊥BC于H,则四边形ABHK是矩形.可得AK=BH=1,HK=AB=2.
∵AP=2,AK=1,AD=4,
∴PA2=AK•AD,
∴=,
∵∠KAP=∠PAD,
∴△PAK∽△DAP,
∴==,
∴PK=PD,
∴PM+PD=PM+PK,
∵PM+PK≥KM,KM==,
∴PM+PK≥,
∴PM+DP的最小值为,
故答案为.
7.如图,在△ABC中,∠A=90°,AB=3,AC=4,D为AC的中点,以A为圆心,AD为半径作OA交AB于点E,P为劣弧DE上一动点,连接PB、PC,则PC+PB的最小值为 .
解:在AB上取F,使AF=,连接CF与⊙A的交点即是满足条件的点P,连接AP,如图:
∵AD=AC=2,
∴AP=AD=2,
∵AB=3,AF=,
∴AP2=AF•AB,
∵∠PAB=∠FAP,
∴△PAB∽△FAP,
∴==,
∴PF=PB,
∴PC+PB=PC+PF=CF,
根据两点之间线段最短,此时PC+PB=CF最小,
∴PC+PB最小值为CF===,
故答案为:.
8.如图,在平面直角坐标系中,A(2,0)、B(0,2)、C(4,0)、D(3,2),P是△AOB外部的第一象限内一动点,且∠BPA=135°,则2PD+PC的最小值是 4 .
解:如图,取一点T(1,0),连接OP,PT,TD,
∵A(2,0)、B(0,2)、C(4,0),
∴OA=OB=2,OC=4,
以O为圆心OA为半径作⊙O,在优弧AB上取一点Q,连接QB,QA,
∵∠Q=AOB=45°,∠APB=135°,
∴∠Q+∠APB=180°,
∴A、P、B、Q四点共圆,
∴OP=OA=2,
∵OP=2,OT=1,OC=4,
∴OP2=OC•OT,
∴,
∵∠POT=∠POC,
∴△POT∽△POC,
∴,
∴PT=,
∴2PD+PC=2(PD+PC)=2(PD+PT),
∵PD+PT≥DT,DT==2,
∴2PD+PC,
∴2PD+PC的最小值是4.
故答案为:4.
9.如图,在Rt△AOB中,∠AOB=90°,OA=3,OB=2,⊙O的半径为1,M为⊙O上一动点,求AM+BM的最小值.
解:如图,连接OM,在OB上取点C,使OC=,连接MC,AC,
∵OB=2,⊙O的半径为1,
∴,
∵∠MOC=∠COM,
∴△OMC∽△OBM,
∴,
∴MC=,
∴AM+BM=AM+MC,
∴AM+BM的最小值即为AM+MC的最小值,
∴A、M、C三点共线时,AM+MC最小,
在Rt△AOC中,由勾股定理得:
AC=.
∴AM+BM的最小值为.
10.问题提出:如图1,在等边△ABC中,AB=12,⊙C半径为6,P为圆上一动点,连接AP,BP,求AP+BP的最小值.
(1)尝试解决:为了解决这个问题,下面给出一种解题思路:如图2,连接CP,在CB上取点D,使CD=3,则有==,又∵∠PCD=∠BCP,∴△PCD∽△BCP,
∴=,∴PD=BP,∴AP+BP=AP+PD.
请你完成余下的思考,并直接写出答案:AP+BP的最小值为 3 .
(2)自主探索:如图3,矩形ABCD中,BC=7,AB=9,P为矩形内部一点,且PB=3,AP+PC的最小值为 5 .
(3)拓展延伸:如图4,扇形COD中,O为圆心,∠COD=120°,OC=4,OA=2,OB=3,点P是上一点,求2PA+PB的最小值,画出示意图并写出求解过程.
解:(1)解:(1)如图1,
连接AD,过点A作AF⊥CB于点F,
∵AP+BP=AP+PD,要使AP+BP最小,
∴AP+AD最小,当点A,P,D在同一条直线时,AP+AD最小,
即:AP+BP最小值为AD,
∵AC=12,AF⊥BC,∠ACB=60°,
∴CF=6,AF=6,
∴DF=CF﹣CD=6﹣3=3,
∴AD==3,
∴AP+BP的最小值为3;
(2)如图,
在AB上截取BF=1,连接PF,PC,
∵AB=9,PB=3,BF=1,
∴,且∠ABP=∠ABP,
∴△ABP∽△PBF,
∴,
∴PF=AP,
∴AP+PC=PF+PC,
∴当点F,点P,点C三点共线时,AP+PC的值最小,
∴CF===5,
∴AP+PC的值最小值为5;
(3)如图,
延长OC,使CF=4,连接BF,OP,PF,过点F作FM⊥OD于点M,
∵OC=4,FC=4,
∴FO=8,且OP=4,OA=2,
∴,且∠AOP=∠AOP,
∴△AOP∽△POF,
∴,
∴PF=2AP,
∴2PA+PB=PF+PB,
∴当点F,点P,点B三点共线时,2AP+PB的值最小,
∵∠COD=120°,
∴∠FOM=60°,且FO=8,FM⊥OM,
∴OM=4,FM=4,
∴MB=OM+OB=4+3=7,
∴FB==,
∴2PA+PB的最小值为.
11.(1)如图1,已知正方形ABCD的边长为6,圆B的半径为3,点P是圆B上的一个动点,则PD+PC的最小值为 ,PD﹣PC的最大值为 .
(2)如图2,已知菱形ABCD的边长为4,∠B=60°,圆B的半径为2,点P是圆B上的一个动点,求PD+PC的最小值,以及PD﹣PC的最大值.
解:(1)如图1,
在BC上截取BE=,
∴,
∵∠PBE=∠PBC,
∴△PBE∽△CBP,
∴,
∴PE=PC,
∴PD+PC=PD+PE≥DE,
PD﹣PC=PD﹣PE≤DE,
∵四边形ABCD是正方形,
∴∠BCD=90°,
∴DE===,
∴PD+PC的最小值为:,此时点P在P′处,
PD﹣PC的最大值为:,此时点P在P″处,
故答案为:,;
(2)如图2,
在BC上截取BE=1,作DF⊥BC交BC的延长线于F,
∴,
∵∠PBE=∠PBC,
∴△PBE∽△CBP,
∴,
∴PE=PC,
∴PD+PC=PD+PE≥DE,
PD﹣PC=PD﹣PE≤DE,
在Rt△DCF中,∠DCF=∠ABC=60°,CD=4,
∴CF=4•cs60°=2,DF=4•sin60°=2,
在Rt△DEF中,DF=2,EF=CE+CF=3+2=5,
∴DE==,
∴PD+PC的最小值为:,此时点P在P′处
PD﹣PC的最大值为:,此时点P在P″处
12.阅读以下材料,并按要求完成相应的任务.
已知平面上两点A、B,则所有符合=k(k>0且k≠1)的点P会组成一个圆.这个结论最先由古希腊数学家阿波罗尼斯发现,称阿氏圆.
阿氏圆基本解法:构造三角形相似.
【问题】如图1,在平面直角坐标系中,在x轴,y轴上分别有点C(m,0),D(0,n),点P是平面内一动点,且OP=r,设=k,求PC+kPD的最小值.
阿氏圆的关键解题步骤:
第一步:如图1,在OD上取点M,使得OM:OP=OP:OD=k;
第二步:证明kPD=PM;第三步:连接CM,此时CM即为所求的最小值.
下面是该题的解答过程(部分):
解:在OD上取点M,使得OM:OP=OP:OD=k,
又∵∠POD=∠MOP,∴△POM∽△DOP.
任务:
(1)将以上解答过程补充完整.
(2)如图2,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=4,BC=3,D为△ABC内一动点,满足CD=2,利用(1)中的结论,请直接写出AD+BD的最小值.
解(1)在OD上取点M,使得OM:OP=OP:OD=k,
又∵∠POD=∠MOP,
∴△POM∽△DOP.
∴MP:PD=k,
∴MP=kPD,
∴PC+kPD=PC+MP,当PC+kPD取最小值时,PC+MP有最小值,即C,P,M三点共线时有最小值,
利用勾股定理得.
(2)∵AC=m=4,=,在CB上取一点M,使得CM=CD=,
∴的最小值为.
13.(1)如图1,已知正方形ABCD的边长为4,圆B的半径为2,点P是圆B上的一个动点,求PD+的最小值和PD﹣的最大值;
(2)如图2,已知正方形ABCD的边长为9,圆B的半径为6,点P是圆B上的一个动点,那么PD+的最小值为 ,PD﹣的最大值为 .
(3)如图3,已知菱形ABCD的边长为4,∠B=60°,圆B的半径为2,点P是圆B上的一个动点,那么PD+的最小值为 ,PD﹣的最大值为 .
解:(1)如图1中,在BC上取一点G,使得BG=1.
∵==2,==2,
∴=,∵∠PBG=∠PBC,
∴△PBG∽△CBP,
∴==,
∴PG=PC,
∴PD+PC=DP+PG,
∵DP+PG≥DG,
∴当D、G、P共线时,PD+PC的值最小,最小值为DG==5.
∵PD﹣PC=PD﹣PG≤DG,
当点P在DG的延长线上时,PD﹣PC的值最大(如图2中),最大值为DG=5.
(2)如图3中,在BC上取一点G,使得BG=4.
∵==,==,
∴=,∵∠PBG=∠PBC,
∴△PBG∽△CBP,
∴==,
∴PG=PC,
∴PD+PC=DP+PG,
∵DP+PG≥DG,
∴当D、G、P共线时,PD+PC的值最小,最小值为DG==.
∵PD﹣PC=PD﹣PG≤DG,
当点P在DG的延长线上时,PD﹣PC的值最大,最大值为DG=.
故答案为,
(3)如图4中,在BC上取一点G,使得BG=1,作DF⊥BC于F.
∵==2,==2,
∴=,∵∠PBG=∠PBC,
∴△PBG∽△CBP,
∴==,
∴PG=PC,
∴PD+PC=DP+PG,
∵DP+PG≥DG,
∴当D、G、P共线时,PD+PC的值最小,最小值为DG,
在Rt△CDF中,∠DCF=60°,CD=4,
∴DF=CD•sin60°=2,CF=2,
在Rt△GDF中,DG==
∵PD﹣PC=PD﹣PG≤DG,
当点P在DG的延长线上时,PD﹣PC的值最大(如图2中),最大值为DG=.
故答案为,.
14.如图,抛物线y=﹣x2+bx+c与直线AB交于A(﹣4,﹣4),B(0,4)两点,直线AC:y=﹣x﹣6交y轴于点C.点E是直线AB上的动点,过点E作EF⊥x轴交AC于点F,交抛物线于点G.
(1)求抛物线y=﹣x2+bx+c的表达式;
(2)连接GB,EO,当四边形GEOB是平行四边形时,求点G的坐标;
(3)①在y轴上存在一点H,连接EH,HF,当点E运动到什么位置时,以A,E,F,H为顶点的四边形是矩形?求出此时点E,H的坐标;
②在①的前提下,以点E为圆心,EH长为半径作圆,点M为⊙E上一动点,求AM+CM它的最小值.
解:(1)∵点A(﹣4,﹣4),B(0,4)在抛物线y=﹣x2+bx+c上,
∴,
∴,
∴抛物线的解析式为y=﹣x2﹣2x+4;
(2)设直线AB的解析式为y=kx+n过点A,B,
∴,
∴,
∴直线AB的解析式为y=2x+4,
设E(m,2m+4),
∴G(m,﹣m2﹣2m+4),
∵四边形GEOB是平行四边形,
∴EG=OB=4,
∴﹣m2﹣2m+4﹣2m﹣4=4,
∴m=﹣2
∴G(﹣2,4).
(3)①如图1,
由(2)知,直线AB的解析式为y=2x+4,
∴设E(a,2a+4),
∵直线AC:y=﹣x﹣6,
∴F(a,﹣a﹣6),
设H(0,p),
∵以点A,E,F,H为顶点的四边形是矩形,
∵直线AB的解析式为y=2x+4,直线AC:y=﹣x﹣6,
∴AB⊥AC,
∴EF为对角线,
∴EF与AH互相平分,
∴(﹣4+0)=(a+a),(﹣4+p)=(2a+4﹣a﹣6),
∴a=﹣2,P=﹣1,
∴E(﹣2,0).H(0,﹣1);
②如图2,
由①知,E(﹣2,0),H(0,﹣1),A(﹣4,﹣4),
∴EH=,AE=2,
设AE交⊙E于G,取EG的中点P,
∴PE=,
连接PC交⊙E于M,连接EM,
∴EM=EH=,
∴=,
∵=,
∴=,∵∠PEM=∠MEA,
∴△PEM∽△MEA,
∴,
∴PM=AM,
∴AM+CM的最小值=PC,
设点P(p,2p+4),
∵E(﹣2,0),
∴PE2=(p+2)2+(2p+4)2=5(p+2)2,
∵PE=,
∴5(p+2)2=,
∴p=﹣或p=﹣(由于E(﹣2,0),所以舍去),
∴P(﹣,﹣1),
∵C(0,﹣6),
∴PC==,
即:AM+CM的最小值为 .
15.如图,已知二次函数y=ax2+bx+c的图象经过点C(2,﹣3),且与x轴交于原点及点B(8,0).
(1)求二次函数的表达式;
(2)求顶点A的坐标及直线AB的表达式;
(3)判断△ABO的形状,试说明理由;
(4)若点P为⊙O上的动点,且⊙O的半径为2,一动点E从点A出发,以每秒2个单位长度的速度沿线段AP匀速运动到点P,再以每秒1个单位长度的速度沿线段PB匀速运动到点B后停止运动,求点E的运动时间t的最小值.
解:(1)∵二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)的图象经过C(2,﹣3),且与x轴交于原点及点B(8,0),
∴c=0,二次函数表达式可设为:y=ax2+bx(a≠0),
将C(2,﹣3),B(8,0)代入y=ax2+bx得:
,
解得:,
∴二次函数的表达式为;
(2)∵=(x﹣4)2﹣4,
∴抛物线的顶点A(4,﹣4),
设直线AB的函数表达式为y=kx+m,将A(4,﹣4),B(8,0)代入,得:
,
解得:,
∴直线AB的函数表达式为y=x﹣8;
(3)△ABO是等腰直角三角形.
方法1:如图1,过点A作AF⊥OB于点F,则F(4,0),
∴∠AFO=∠AFB=90°,OF=BF=AF=4,
∴△AFO、△AFB均为等腰直角三角形,
∴OA=AB=4,∠OAF=∠BAF=45°,
∴∠OAB=90°,
∴△ABO是等腰直角三角形.
方法2:∵△ABO的三个顶点分别是O(0,0),A(4,﹣4),B(8,0),
∴OB=8,OA===,
AB===,
且满足OB2=OA2+AB2,
∴△ABO是等腰直角三角形;
(4)如图2,以O为圆心,2为半径作圆,则点P在圆周上,依题意知:
动点E的运动时间为t=AP+PB,
在OA上取点D,使OD=,连接PD,
则在△APO和△PDO中,
满足:==2,∠AOP=∠POD,
∴△APO∽△PDO,
∴==2,
从而得:PD=AP,
∴t=AP+PB=PD+PB,
∴当B、P、D三点共线时,PD+PB取得最小值,
过点D作DG⊥OB于点G,由于,且△ABO为等腰直角三角形,
则有 DG=1,∠DOG=45°
∴动点E的运动时间t的最小值为:t=DB===5.
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